JP7497016B2 - 複合不織布及びその製造方法並びに複合不織布製造装置 - Google Patents
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- Nonwoven Fabrics (AREA)
Description
このパルプ繊維は、樹脂繊維よりも短繊維、即ち、繊維長が短いものである。
そして、上記樹脂繊維は、前記パルプ繊維よりも繊維長が長く、平均繊維径が、好ましくは、0.5μm以上、10μm以下、より好ましくは、0.5μm以上、5μm以下、更に好ましくは、1μm以上、3μm以下の範囲内である。なお、樹脂繊維の平均繊維径は、走査型電子顕微鏡を用いて、複合不織布の表面及び裏面のSEM画像(×700)を撮影し、各面のSEM画像から視野内の全ての繊維について、それぞれ1回ずつ繊維径を測定して平均値を求め、その平均値の10nmの位を四捨五入して、平均繊維径(μm)を算出したものである。
ここで、上記樹脂繊維が厚み方向全体に分布する前記パルプ繊維と絡み合いとは、パルプ繊維層と樹脂繊維層の積層構造ではないことを意味し、複合不織布の表面側から裏面側までの略厚み全体にパルプ繊維が分布し、それらパルプ繊維が、メルトブロー繊維である樹脂繊維と絡合していることを意味するものである。なお、パルプ繊維の分布量は、厚み方向で均一であることを要求するものではない。即ち、上記パルプ繊維及び樹脂繊維は、不規則(ランダム)な配向で互いに3次元的に交絡し一体化されているものである。
なお、前記パルプ繊維の平均繊維長は、複合不織布の表面及び裏面の各面にセロハンテープ(登録商標)を接着し、それを剥がしたときに、パルプ繊維がテープの粘着面に接着するから、それに対し、走査型電子顕微鏡を用いてSEM画像(×250)の撮影をし、各面のSEM画像から視野内の全ての繊維について、それぞれ1回ずつ平均繊維長を測定して平均値を求め、その平均値の10nmの位を四捨五入して、平均繊維径(μm)を算出したものである。
ここで、上記集束部は、例えば、メルトブロー法で形成したメルトブロー繊維において、ダイスの口金から吐出した単繊維が隣りあう繊維同士で融着して結合することで形成される。
上記表裏とは、表または裏を追求、特定するものではなく、前記複合不織布の厚み方向に対して垂直な両面のうち、一方の面とその反対側である他方の面を特定するものである。そして、前記複合不織布の表裏面のうちの一方の面(表面または裏面)側で、その反対側である他方の面(裏面または表面)側よりも、前記パルプ繊維の存在割合、即ち、含有量が多いものであり、また、前記樹脂繊維の前記蛇行の数も多いものである。
上記樹脂繊維の樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ナイロン、ビニロン、ポリエステル、アラミド等の合成樹脂が使用される。
上記パルプ繊維のパルプとしては、好ましくは、木材を原料とした木材パルプが使用されるが、木材以外の植物繊維、例えば、草、竹、綿、亜麻、エスパルト、ケナフ、ミルクウィード、藁、バガス等の非木材パルプであってもよい。一般的に、木材のパルプ繊維は、扁平なリボン状を成している。
上記熱ロール加工工程は、前記メルトブロー不織布及びその上に形成された前記パルプ繊維ウェブをロール間に通して押圧することにより、前記メルトブロー不織布の上に形成されたパルプ繊維ウェブの嵩高を落ち着かせ、パルプ繊維の定着を図る工程である。
上記熱エンボス加工工程は、熱エンボスロールの型押しにより、部分的に繊維を融着、融合しエンボスパターンを形成する工程である。前記スパンレース処理工程と前記乾燥工程との間であってもよいし、前記乾燥工程の後であってもよい。
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上記熱ロール加工部は、前記メルトブロー不織布及びその上に形成された前記パルプ繊維ウェブをロール間に通して押圧することにより、前記メルトブロー不織布の上に形成されたパルプ繊維ウェブの嵩高を落ち着かせ、パルプ繊維の定着を図る工程である。
上記熱エンボス加工部は、熱エンボスロールの型押しにより、部分的に繊維を融着、融合しエンボスパターンを形成するものである。前記乾燥部の前または後とは、前記スパンレース部の下流側であって前記乾燥部の上流側の間、または、前記乾燥部の下流側に熱エンボス加工部を配設することを意味する。
目付量が大きく、比容積が小さいものは、樹脂繊維間へのパルプ繊維の貫入が少なく、パルプ量が少なくなるものであるから、吸水性や保水性が小さいものとなる。一方で、目付量が少なく、比容積が大きいものは、パルプ繊維及び樹脂繊維の交絡が少ないから、機械的強度が小さいものとなる。
複合不織布の目付量(坪量)が、好ましくは、30~80g/m2、より好ましくは、35~75g/m2、更に好ましくは、40~70g/m2の範囲内であり、かつ、比容積が、好ましくは、7~70cm3/g、より好ましくは、10~65cm3/g、更に好ましくは、12~60cm3/gの範囲内であれば、吸水性、保水性と機械的強度とを両立できる。
本実施の形態の複合不織布1は、扁平のリボン状をした短繊維状のパルプ繊維2と極細長繊維状(フィラメント状)の合成樹脂繊維からなるメルトブロー樹脂繊維3が3次元的に一体に交絡されてなるものである。
また、本実施の形態の複合不織布1では、メルトブロー樹脂繊維3の長さ方向の一部または全部で、単繊維同士が複数本集束して融着した集束部3aが存在する。特に、メルトブロー樹脂繊維3の長さ方向の一部で単繊維同士が複数本集束して融着した集束部3aを有すると、その集束部3aの両側または片側では、単繊維同士が相互に融着していないことで、枝分かれ構造を有することになる。
特に、ポリプロピレンは環境に優しい材料、柔らかい長繊維となることから、基材となる原材料にコポリマーのポリプロピレンを使用するのが望ましい。
本発明者らの実験研究によれば、繊維径が太すぎるものでは、繊維密度の低下や繊維の高表面積により、パルプ繊維2の捕捉、絡合性が低下する。一方で、繊維径が細すぎるものでも、繊維の高密度化や繊維の湾曲性の低下により、パルプ繊維2の捕捉、交絡性が低下する。
好ましくは、メルトブロー樹脂繊維3の平均繊維径は、0.5~10μmの範囲内であれば、パルプ繊維2を不規則(ランダム)に交絡させるための蛇行、湾曲、ループを多く形成できて、パルプ繊維2の絡み合いを多く、強くできる。より好ましくは、0.5~8μm、更に好ましくは、0.5~5μmの範囲内である。
なお、メルトブロー樹脂繊維3の繊維径は、後述するように繊維を吐出するノズルダイ15のノズル口金の孔径、それらの間隔、樹脂の吐出量、ノズルダイ15の高さ等により制御される。
パルプ繊維2の平均繊維長が長すぎると、地合いが低下する。一方で、平均繊維長が短すぎると、パルプ繊維2の交絡性が低下し、紙粉の発生を抑制できる絡合性が得られず、また、機械的強度も低下する。
パルプ繊維2の平均繊維長が好ましくは、0.5~5mmの範囲内であれば、パルプ繊維2の交絡性も良好であり機械的強度が良好で、パルプ繊維2の脱落が生じ難く、かつ、地合いも良好なものとなる。より好ましくは、0.6~4mmの範囲内、更に好ましくは、0.75~3.5mmの範囲内である。
なお、ここでは、説明の便宜上、パルプ繊維2が密に存在する上側を表面側とし、その反対側を裏面側とするが、使用時の方向性を特定するものではない。本実施の形態の複合不織布1では、上側の表面側の方が、下側の裏面側の方よりもパルプ繊維2の存在割合が高くなっている。ここで、パルプ繊維2が密に存在する上側の表面側は、後述する複合不織布1の製造工程で、メルトブロー不織布110のメルトブロー樹脂繊維3に対し、パルプ繊維2が供給(積層)される面側であり、スパンレース処理の際に、ウォータージェットの噴流が付与される面側である。
目付量が大き過ぎ、比容積が小さ過ぎると、メルトブロー樹脂繊維3間へのパルプ繊維2の貫入が少なく、パルプ繊維2量が少なく、吸水性や保水性が小さいものとなる。一方で、目付量が少な過ぎ、比容積が大き過ぎると、パルプ繊維2及びメルトブロー樹脂繊維3の交絡が少なく、機械的強度が損なわれる。
複合不織布1の目付量が、好ましくは、30~80g/m2の範囲内であり、かつ、比容積が、好ましくは、7~70cm3/gの範囲内であれば、柔軟性が高く、かつ、吸水性、保水性及び機械的強度が良好である。
複合不織布1の目付量は、35~75g/m2の範囲内がより好ましく、40~70g/m2の範囲内が更に好ましい。また、複合不織布1の比容積は、10~65cm3/gの範囲内がより好ましく、12~60cm3/gの範囲内が更に好ましい。
中でも、極細のメルトブロー樹脂繊維3による柔軟性、高表面積や、繊維相互間の小さなポアサイズや、パルプ繊維による吸水性・保水性から、ワイパー、フィルタ、手術衣、防護服の生地、防水シーツ、枕カバー、介護シーツ、衛生材料に好適である。また、3次元的に複雑に交絡していているメルトブロー樹脂繊維3が極細であり、それにパルプ繊維2が3次元的に複雑に交絡していていることで、本実施の形態の複合不織布1によれば、気密性を高くして通気性を少なくできるから、医療マスクや空気清浄用等のフィルタとして微粉塵、バクテリア等の捕集、阻止にも好適である。
更に、本実施の形態の複合不織布1によれば、蛇行またはループを形成した所定径のメルトブロー樹脂繊維3の相互の3次元的な絡合、それらメルトブロー樹脂繊維3へのパルプ繊維2の3次元的絡合及びパルプ繊維2の相互の3次元的な絡合により、繊維が脱落し難い構造であるから、パルプ繊維2を多くしたときでも、紙粉が発生し難い。よって、パルプ繊維2が剥がれ落ちにくい耐脱落性を損なうことなく、パルプ繊維2の含有量の増大による吸水性、保水性の向上を可能とする。即ち、水、薬液、化粧料等が添加されウェットな状態で用いる用途であっても、繊維が脱落し難いことで、高い吸水性、保水性と強度、耐脱落性とを両立できる。加えて、本実施の形態の複合不織布1によれば、気密性を高くして通気性を少なくできるから、吸収した水分が蒸発を防止し乾燥し難いものとすることも可能である。
なお、エンボス部5では、繊維の融合、融着により、メルトブロー樹脂繊維3の繊維径を確認できないから、メルトブロー樹脂繊維3の平均繊維径は、エンボス部5を除いて算出している。
本実施の形態の複合不織布1の製造に使用される好適な複合不織布製造装置100は、図12で示すように、主として、メルトブロー不織布製造部10と、パルプエアレイド部20と、結合処理部30とを有する。
このように、本実施の形態では、初めに、原料の樹脂チップを溶融・紡糸し、また、高速高温の空気流で極細化した長繊維をネットコンベアNC1上に堆積させるメルトブロー不織布製造工程の実施によってメルトブロー不織布110を得る。
なお、メルトブロー樹脂繊維3の繊維径は、繊維を吐出するノズルダイ15のノズル口金の孔径やそれらの間隔、繊維の吐出量、ノズルダイ15の高さ等により制御される。また、メルトブロー樹脂繊維3の繊維径のコントロールで複合不織布1の各種特性の調整も可能である。
特に、本実施の形態では、ノズルダイ15から連続して吐出したフィラメント状の樹脂繊維が、ネットコンベアNC1の支持網体上に堆積し、シート状のメルトブロー不織布110が形成されるが、ネットコンベアNC1の支持網体側に近いところよりも、即ち、メルトブロー不織布110の表裏面のうちネットコンベアNC1の支持網体側の面側(裏面側)よりも、その反対側の面側(表面側)でメルトブロー樹脂繊維3の不規則に蛇行、湾曲、ループが多く存在している。
本発明者らの実験研究によれば、目付量が大きすぎると、パルプ繊維2がメルトブロー樹脂繊維3間に貫入、交絡し難く、脱落しやすいものとなる。一方で、目付量が低すぎる、スパンレース処理でメルトブロー不織布110からパルプ繊維2が通過、流失しやすくなり、パルプ繊維2の絡合が少なく歩留まりも悪くなる。また、機械的強度も不足する。
メルトブロー不織布110の目付量を、好ましくは、5~90g/m2の範囲内とすることにより、機械的強度を確保しつつ、パルプ繊維2の交絡を多く、強くできて、繊維の脱落が生じ難いものとし、また、高い湿潤強度を得ることができる。より好ましくは、15~75g/m2の目付量(坪量)である。
なお、メルトブロー不織布110の目付量は、原材料の樹脂の種類や、紡糸時の空気の温度、圧力、速度や、ダイスノズル15のノズル孔径、ノズル間隔や、吸引部16の吸引力や、ネットコンベアNC1の速度等で決定される。
なお、このときのパルプ繊維2は叩解パルプが好ましい。叩解パルプであると、フィブリル化した繊維が極細のメルトブロー樹脂繊維3に絡みやすくて、絡合性、強度を高めることができ、パルプ繊維2の脱落を一層防止できる。
そして、平滑ローラ31A,31Bの間を通過した積層体120は、下流側のネットコンベアNC3に送り出され、ネットコンベアNC3上に載せられ、スパンレース処理部32へと搬送される。
特に、本実施の形態では、積層体120を平滑ロール31,32の間に通過させることでパルプ繊維2の定着を促し、更に、メルトブロー樹脂繊維3の蛇行、湾曲、ループの存在により、メルトブロー樹脂繊維3間にパルプ繊維2が捕捉、交絡されやすいから、ウォータージェットの水柱流を施した際に、パルプ繊維2の紙粉の舞上がり、飛散、流出が少ないものである。このため、ウォータージェットの使用後の水を回収し、フィルタ濾過して、ウォータージェットに再利用するときでも、その回収した水に繊維の混入が少なく、フィルタの目詰まりや、フィルタメンテナンスの負荷を少なくできる。更に、連続作業性もよくできる。また、回収せずに排水する場合でも、繊維の混入が少ないことで環境負荷が少ないものである。
更に、本実施の形態では、乾燥後の複合不織布1は、熱エンボス加工部34に送られ、熱エンボス加工される。
この熱エンボス加工部34のエンボスの熱ローラ34A,34bによって型押しされることで、本実施の形態では、複合不織布1において、熱ローラ34A,34bのエンボス型に対応して、部分的に繊維の融着、熱圧着による融合が生じ、凹凸が付与され、例えば、その表面側からみて凹状のエンボス部5(図6参照)が付与され、エンボス加工された複合不織布1が得られる。
なお、上述したネットコンベアNC1、NC2、NC3の各支持網体は、特に問われないが、一般的には、合成樹脂製または金属製の縦糸と横糸からなる平織り等の20~100メッシュのワイヤー等の網状の支持体やパンチングプレート等の多孔質支持体である。ネットコンベアNC3の支持網体では、縦糸と横糸の模様、形状で複合不織布1にパターンを付与する構成としてもよい。
また、パルプエアレイドの装置も小型であるから省スペース化でき、湿式のように多量の水を使用しないから、省エネである。よって、低コストでの製造を可能とする。
そして、本実施の形態では、パルプ繊維2がメルトブロー樹脂3と多く絡み合っていることで紙粉が発生し難いから、パルプ繊維2の配合量を少なく限定されることなくパルプ繊維2の割合を広範囲に設定できるようになり、幅広い特性の付与が可能となる。
また、上記実施の形態の複合不織布製造装置100によれば、パルプ繊維ウェブ形成部(パルプエアレイド部)20とスパンレース処理部32との間に、メルトブロー不織布110及びその上に形成されたパルプ繊維ウェブからなる積層体120をロール31A,31Bにより押圧するロール加工部31を有する。
よって、スパンレース処理の前で、パルプ繊維2の定着を図り、メルトブロー樹脂繊維3にパルプ繊維2を入りませて絡合しやすできる。よって、メルトブロー樹脂繊維3へのパルプ繊維2の絡合性を増大させ、パルプ繊維2の脱落を一層生じ難くできる。また、機械的強度の向上を可能とする。更に、ネットコンベアNC1,NC2による移送時や後のスパンレース処理工程でのウォータージェットの噴流の際に、パルプ繊維2、紙粉の舞い上がり、流失を防止し、歩留まりをよくできる。
また、上記実施の形態の複合不織布製造装置100によれば、スパンレース処理部32では、積層体120におけるパルプ繊維ウェブの上面からメルトブロー不織布110側にジェット水流を付与し水流交絡させる。
よって、パルプ繊維ウェブ側からパルプ繊維2をメルトブロー不織布110側のメルトブロー樹脂繊維3に巻き込んで交絡できるから、メルトブロー樹脂繊維3へのパルプ繊維2の絡合性を向上でき、パルプ繊維2の脱落をより一層生じ難くできる。また、機械的強度の向上を可能とする。
また、上記実施の形態の複合不織布製造装置100によれば、乾燥部33の下流側に熱エンボスロールで型押しする熱エンボス加工部34を有する。
よって、効果的に繊維の脱落を防止して機械的強度を高め、また、厚手感や嵩高感を出すことができ、更に、伸びを抑制できる。
また、本発明の実施の形態で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は製造コスト、製造が容易な形態等から決定した値であり、実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を許容値内で若干変更してもその実施を否定するものではない。
2 パルプ繊維
3 メルトブロー樹脂繊維
3a 集束部
10 メルトブロー不織布製造部
20 パルプエアレイド部(パルプ繊維ウェブ形成部)
31 ローラ加工部
32 スパンレース処理部
33 乾燥部
34 熱エンボス加工部
100 複合不織布製造装置
110 メルトブロー不織布
120 積層体
Claims (10)
- パルプ繊維と、前記パルプ繊維よりも繊維長が長く、平均繊維径が0.5~10μmの範囲内である樹脂繊維とからなる複合不織布であって、
前記樹脂繊維は、不規則に蛇行して互いに絡み合い、また、その長さ方向の一部で単繊維同士が複数本集束して融着している集束部を有し、かつ、厚み方向全体に分布する前記パルプ繊維と接着することなく(但しエンボス接着は除く)絡み合っており、
前記パルプ繊維は、その平均繊維長が0.5~5mmの範囲内であり、
前記樹脂繊維及び前記パルプ繊維が3次元的に一体に交絡しており、
前記複合不織布は、その目付量が30~80g/m 2 の範囲内、比容積が7~70cm 3 /gの範囲内、JIS P 8135により測定した湿潤強度が2N/25mm以上、50N/25mm以下の範囲内であることを特徴とする複合不織布。 - 前記複合不織布の表裏面のうちの一方の面側で他方の面側よりも前記パルプ繊維が多く存在し、前記パルプ繊維が多く存在する前記一方の面側で前記他方の面側よりも前記樹脂繊維の前記蛇行が多く存在することを特徴とする請求項1に記載の複合不織布。
- 樹脂繊維からなるメルトブロー不織布を形成するメルトブロー不織布製造工程と、
ネットコンベア上に載せた前記メルトブロー不織布の上に、エアレイド法によりパルプ繊維のウェブを形成するパルプ繊維ウェブ形成工程と、
前記メルトブロー不織布の前記樹脂繊維とその上に形成された前記パルプ繊維ウェブの前記パルプ繊維とを水流交絡によって一体化するスパンレース処理工程と、
前記一体に交絡された前記樹脂繊維及び前記パルプ繊維を乾燥する乾燥工程と
を具備することを特徴とする複合不織布の製造方法。 - 前記パルプ繊維ウェブ形成工程と前記スパンレース処理工程との間で、前記メルトブロー不織布及びその上に形成された前記パルプ繊維ウェブに対し押圧するロール加工工程を有することを特徴とする請求項3に記載の複合不織布の製造方法。
- 前記スパンレース処理工程では、前記パルプ繊維ウェブの上からジェット水流を付与し前記水流交絡させることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の複合不織布の製造方法。
- 前記乾燥工程の前または後に、熱エンボス加工を施す熱エンボス加工工程を有することを特徴とする請求項3乃至請求項5の何れか1つに記載の複合不織布の製造方法。
- 樹脂繊維からなるメルトブロー不織布を形成するメルトブロー不織布製造部と、
ネットコンベア上に載せた前記メルトブロー不織布の上に、エアレイド法によりパルプ繊維のウェブを形成するパルプ繊維ウェブ形成部と、
前記メルトブロー不織布の前記樹脂繊維とその上に形成された前記パルプ繊維ウェブの前記パルプ繊維とを水流交絡によって一体化するスパンレース処理部と、
前記一体に交絡された前記樹脂繊維及び前記パルプ繊維を乾燥する乾燥部と
を具備することを特徴とする複合不織布製造装置。 - 前記パルプ繊維ウェブ形成部と前記スパンレース処理部との間で、前記メルトブロー不織布及びその上に形成された前記パルプ繊維ウェブに対し押圧するロール加工部を有することを特徴とする請求項7に記載の複合不織布製造装置。
- 前記スパンレース処理部では、前記パルプ繊維ウェブの上からジェット水流を付与し前記水流交絡させることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の複合不織布製造装置。
- 前記乾燥部の前または後に、熱エンボス加工を施す熱エンボス加工部を有することを特徴とする請求項7乃至請求項9の何れか1つに記載の複合不織布製造装置。
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